CLIMATOLOGIA DE BLOQUEIOS ATMOSFÉRICOS NO ...

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  • UNIVERSIDADE DE SO PAULO

    INSTITUTO DE ASTRONOMIA, GEOFSICA E CINCIAS ATMOSFRICAS

    CLIMATOLOGIA DE BLOQUEIOS ATMOSFRICOS NO

    HEMISFERIO SUL: OBSERVAES, SIMULAES DO CLIMA DO

    SCULO XX E CENRIOS FUTUROS DE MUDANAS CLIMTICAS

    FLAVIO NATAL MENDES DE OLIVEIRA

    TESE DE DOUTORADO

    ORIENTADORA: Profa. Dra. LEILA MARIA VESPOLI DE CARVALHO

    CO-ORIENTADOR: Prof. Dr. TRCIO AMBRIZZI

    SO PAULO

    2011

  • ii

    FLAVIO NATAL MENDES DE OLIVEIRA

    CLIMATOLOGIA DE BLOQUEIOS ATMOSFRICOS NO

    HEMISFERIO SUL: OBSERVAES, SIMULAES DO CLIMA DO

    SCULO XX E CENRIOS FUTUROS DE MUDANAS CLIMTICAS.

    Verso Corrigida da Tese conforme resoluo CoPGr 5890

    O original se encontra disponvel na unidade do IAG-USP

    SO PAULO

    2011

    Tese apresentada ao Instituto de

    Astronomia, Geofsica e Cincias

    Atmosfricas da Universidade de

    So Paulo para a obteno do

    ttulo de Doutor em Cincias.

    Programa: Meteorologia

    Orientadora: Profa. Dra. Leila

    Maria Vespoli de Carvalho.

    Co-Orientador: Prof. Dr. Trcio

    Ambrizzi.

  • iii

    memria de meu Pai, Carlos

    A minha me, Osmilda, minhas

    irms e irmos e a minha esposa,

    Elisngela

    Pela Vida, pela Dedicao e pelo

    Amor.

  • iv

    Nunca deixe que lhe digam que

    no vale pena acreditar no

    sonho que se tem

    Renato Russo

  • v

    AGRADECIMENTOS

    Primeiramente a Deus, pela fora espiritual necessria para a realizao deste trabalho.

    A meu pai (in memoriam) e minha me e minhas irms pela vida e ensinamentos.

    A Elisangela Carvalho de Oliveira (esposa), pela dedicao, fora e compreenso ao longo

    dos quatro anos.

    Aos meus orientadores, Profa. Leila Maria Vespoli Carvalho e Prof. Trcio Ambrizzi por

    acreditarem no meu potencial.

    Ao Prof. Antnio Divino Moura pelo apoio e incentivo h 4 anos atrs onde optei ao

    doutorado.

    Ao Prof. Charles Jones pela ajuda em programao de IDL, ao Prof. Adilson Wagner Gandu

    pelo excelente exame de qualificao e a minha relatora, Profa. Maria Assuno pela

    pacincia com os relatrios.

    Aos colegas e amigos GEManacos do Laboratrio GEM, Michel, Ana, Rodrigo, Nathalie,

    Fabio, Tatiane e Ana Carolina. Aos demais amigos(as), Clnia Alcntara, Enver, Jnatan

    Tatsch, Raupp (hoje professor), Martinha, Ricardo Acosta, Clara e Maria, que presentes ou a

    distncia proporcionaram momentos especiais de descontrao e divertimento.

    Aos funcionrios da Secretria, Snia, Bete e Ana e aos analistas de informrtica, Samuel,

    Sebastio e Fagner que de alguma forma contriburam com a concluso deste trabalho.

    A CAPES, ao CNPQ (processo 140627/2009) e a CLARIS/PLB pelo suporte financeiro para

    esta pesquisa.

    Na concesso de dados, meus agradecimentos: Ao NCEP/NCAR pelos dados de reanlise; Ao

    Dr. Ceita Emori, Dr. Toru Nazawa e Dr. Manabu ABE do Center for Global Environmental

    Research (CGER), Japo, pela concesso de dados do MIROC 3.2; Ao Max Planck Institut

  • vi

    for Meteorology pela concesso de dados do ECHAM5/MPI-OM via o portal World Data

    Center (WDC) de Hamburgo, Alemanha.

    E aos amigos das padarias, Anderson Gacho Gordo, Gigio, Douglas, Pastor, Bel e Z pelas

    churrascadas e companheirismo que foram essenciais fora da USP.

  • vii

    RESUMO

    Este estudo discute uma climatologia de 59 anos (1949-2007) de bloqueios no Hemisfrio Sul (SH)

    usando dados de altura geopotencial em 500-hPa das reanlises do National Center for Environmental

    Prediction / National Center for Atmospheric Research (NCEP-NCAR). A variabilidade espao-

    temporal dos eventos de bloqueio e associaes com o El Nio/Oscilao do Sul (ENOS) tambm

    foram examinadas. Adicionalmente, os bloqueios foram investigados em dois Modelos de Circulao

    Geral Acoplados Atmosfera-Oceano de clima (MCGAO) do Intergovernamental Painel for Climate

    Change (IPCC), o ECHAM5/MPI-OM e o MIROC 3.2. Dois cenrios simulados foram analisados: O

    clima do sculo XX e o cenrio de emisso A1B. Os episdios do ENOS foram identificados usando

    dois mtodos. O primeiro foi o ndice Ocenico Mensal do Nio (ONI) do Climate Prediction Center

    (CPC-NCEP). O segundo mtodo foi baseado em Funes Empricas Ortogonais (EOF) e foi aplicado

    nos MCGAOs. Similarmente, tambm foi examinado a influencia combinada do ENOS e a Oscilao

    Antrtica (AAO) na ocorrncia e caractersticas dos bloqueios. O ndice dirio da AAO foi obtido pelo

    CPC-NCEP. Os ndices convencionais de bloqueios detectam principalmente variaes longitudinais.

    Este trabalho prope um ndice de bloqueio que detecta, alm de variaes longitudinais tambm as

    variaes latitudinais dos bloqueios. Cinco setores relevantes de bloqueios foram examinados em

    detalhes: Indico Sudoeste (SB1), Pacfico Sudoeste (SB2), Pacfico Central (SB3), Pacfico Sudeste

    (SB4) e Atlntico Sudoeste (SB5). Alm disso, foram investigados duas grandes regies do Pacfico

    Sul: Pacfico Oeste e Pacfico Leste. Foi encontrado que a escala mdia tpica dos eventos de bloqueio

    varia entre 1,5 e 2,5 dias. Alm disso, a durao dos eventos depende da latitude, com eventos de

    maior durao observados em latitudes mais altas. Diferenas longitudinais estatisticamente

    significativas na freqncia do escoamento bloqueado foram observadas entre as fases Quente e

    Neutra do ENOS desde o outono a primavera. Episdios intensos da fase Quente do ENOS (isto ,

    moderados a fortes) tendem a modificar o local preferencial de bloqueio, mas no a freqncia. Por

    outro lado, os episdios fracos da fase Quente do ENOS estiveram associados relativamente com alta

    freqncia. Os Eventos de bloqueio durante o ENOS+ duram, em mdia, mais um dia relativamente

    aos episdios Neutros. Em contraste, a fase Fria do ENOS (ENOS-) caracterizou-se pela reduo dos

    eventos de bloqueio sobre o setor do Pacfico Central, exceto durante os meses do vero austral.

    Entretanto, nenhuma diferena estatisticamente significativa foi detectada na durao dos eventos.

    Composies de anomalias de vento em 200-hPa indicam que o enfraquecimento (fortalecimento) do

    jato polar em torno de 60S durante a AAO negativa (positiva) em ambas as fases do ENOS tem uma

    importncia significativa no aumento (reduo) dos eventos de bloqueio. Um significativo aumento

    estatstico dos eventos sobre o setor do Pacfico Sudeste foi observado durante a AAO negativa em

    ambas as fases do ENOS. Ainda, um aumento (reduo) dos eventos foi observado sobre a regio do

    Pacfico Oeste na fase negativa (positiva) da AAO durante o ENOS-. Em contraste, durante o ENOS+

    no houve diferenas estatisticamente significativas na distribuio longitudinal dos eventos separado

    de acordo com as fases opostas da AAO, embora haja um aumento (reduo) dos eventos da regio do

    Pacfico Oeste para o Pacfico Leste durante a fase negativa (positiva) da AAO. Os MCGAOs

    simularam corretamente a amplitude do ciclo anual observado. Tambm, ambos os MCGAOs

    simularam melhor a durao e o local preferencial do que freqncia. Nenhum MCGAO simulou

    adequadamente a freqncia durante a fase Neutra do ENOS. O ECHAM5/MPI-OM (rodada 2) mostra

    um erro sistemtico que levam a uma superestimativa na freqncia de eventos sobre o Pacfico Leste

    durante as fases Neutra e Fria do ENOS. As diferenas entre as duas verses do MIROC 3.2 indicam

    que a alta resoluo nos modelos melhora o desempenho em simular a freqncia de bloqueios.

    Palavras-chave: Bloqueios Atmosfricos, El Nio/Oscilao do Sul, Oscilao Antrtica, Modelos

    Acoplados do IPCC.

  • viii

    ABSTRACT

    This study discusses 59-yr climatology (1949-2007) of Southern Hemisphere (SH) blockings using

    daily 500-hPa geopotential height data from National Center for Environmental Prediction / National

    Center for Atmospheric Research (NCEP-NCAR reanalysis. The spatiotemporal variability of

    blocking events and associations with El Nino/Southern Oscillation (ENSO) are examined.

    Additionally, blockings were examined in two Intergovernmental Panel for Climate Change (IPCC)

    Coupled General Circulation Models (CGCM), ECHAM5/MPI-OM and MIROC 3.2. Two sets of

    simulations were examined: the climate of the 20th century and the A1B emission scenario. ENSO

    episodes were identified using two methods. The first method was the Monthly Oceanic Nio Index

    (ONI) from the Climate Prediction Center (CPC-NCEP). The second method was based on Empirical

    Orthogonal Function (EOF) and was applied to identify ENSO episodes in the CGCMs. Similarly, the

    combined influence of ENSO and the Antarctic Oscillation (AAO) on the occurrence and

    characteristics of blockings was also examined. The daily AAO index was obtained from CPC/NCEP.

    Most conventional blocking indices detect longitudinal variations of blockings. In this study we

    propose a new blocking index that detects longitudinal and latitudinal variations of blockings. The

    following relevant sectors of blocking occurrence were identified and examined in detail: Southeast

    Indian (SB1), Southwest Pacific (SB2), Central Pacific (SB3), Southeast Pacific (SB4) and Southwest

    Atlantic (SB5) oceans. In addition, we investigated two large regions of South Pacific: West Pacific

    and East Pacific. We found that the typical timescale of a blocking event is about ~1.5 2.5 days.

    Nonetheless, the duration of events depends on the latitude, with larger durations observed at higher

    latitudes. Statistically significant differences in the longitude of blockings are observed between Warm

    (ENSO+) and Neutral ENSO phases from the Austral fall to spring. Moderate to strong Warm ENSO

    episodes modulate the preferred locations of blockings but do not play a significant role for variations

    in their frequency. On the other hand, weak ENOS+ episodes were associated with relatively high

    frequency of blockings. Blocking events during ENSO+ last on average one more day compared to

    events that occur during Neutral episodes. In contrast, Cold (ENOS-) ENSO episodes are characterized

    by a decrease of blockings over the Central Pacific sector, except during the Austral summer months.

    However, no statistically significant differences are detected in the duration. Composites of 200-hPa

    zonal wind anomalies indicate that the weakening (strengthening) of the polar jet around 60oS during

    negative (positive) AAO phases in both ENSO phases plays a major role for the relative increase

    (decrease) of blocking events. A statistically significant increase of events over Southeast Pacific is

    observed during negative AAO phases in both ENSO phases. Moreover, an increase (decrease) of

    events is observed over West Pacific region when negative (positive) AAO phases occur during

    ENSO-. In contrast, during ENSO+ there is no statistically significant difference in the longitudinal

    distribution of events separated according to opposite AAO phases, although there is an increase

    (decrease) in the events from West Pacific region to East Pacific during negative (positive) AAO

    phase. The CGCMs investigated in this study correctly simulated the amplitude of observed annual

    cycle of geopotential height in the extratropics. Also, both CGCMs show a better performance in

    simulating the duration and preferred locations of blockings than their frequency. None of these

    CGCMs simulated well the frequency during Neutral ENSO phase. The ECHAM5/MPI-OM (run2)

    shows systematic biases in some regions. For instance, this model overestimates the frequency of

    blockings over East Pacific region during Cold and Neutral ENSO phases. The differences between

    the two versions of MIROC 3.2 indicate that the increase in resolution improves the performance of

    the model in simulating the frequency of blockings.

    Key words: Blocking, El Nino/Southern Oscillation, Antarctic Oscillation, IPCC Coupled Models

  • ix

    SUMRIO

    Lista de Figuras............................................................................................................ xi

    Lista de Tabelas...........................................................................................................

    xv

    CAPTULO 1

    Introduo e Objetivos................................................................................................. 1

    1.1 Climatologia e Critrios de Identificao de Bloqueios.................................. 4

    1.2 Aspectos Dinmicos dos Bloqueios................................................................. 7

    1.3 Oscilaes Atmosfricas e Interaes Trpicos-Extratrpicos........................ 10

    1.4 Modelos Climticos e Cenrios Futuros.......................................................... 15

    1.5 Objetivos.......................................................................................................... 19

    CAPTULO 2

    Dados e Metodologia................................................................................................... 21

    2.1 ndice de Bloqueio........................................................................................... 21

    2.2 Setores de Ocorrncia de Bloqueios................................................................ 25

    2.3 Variabilidade Interanual de Bloqueios e do ENOS......................................... 26

    CAPTULO 3

    CLIMATOLOGIA DE BLOQUEIOS NO HEMISFRIO SUL ................................ 28

    3.1 Comparao com Outros Mtodos...................................................................

    3.2 Bloqueios na Fase Neutra do ENOS................................................................

    31

    34

    3.3 Bloqueios nas Fases opostas do ENOS ........................................................... 49

    3.4 Oscilao Antrtica e ENOS............................................................................ 66

    3.5 Variabilidade Interanual e Tendncias............................................................. 77

    CAPTULO 4

    CLIMATOLOGIA DE BLOQUEIOS NOS MODELOS ACOPLADOS DO

    IPCC.............................................................................................................................

    83

    4.1 Modelos de Circulao Geral Acoplados......................................................... 83

    4.2 Variabilidade Interanual do ENOS: Simulaes para o Tempo Presente e

    Futuro...............................................................................................................

    88

  • x

    4.3 Bloqueios Atmosfricos: Simulaes para o Tempo presente e Futuro..........

    4.3.1 Freqncia Longitudinal .................................................................................

    4.3.2 Escala de Tempo Tpica nos MCGAOs...........................................................

    102

    104

    117

    CAPTULO 5

    CONCLUSES........................................................................................................... 121

    SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS....................................................... 125

    REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS......................................................................... 128

  • xi

    Lista de Figuras

    Figura 1.1 Estruturas tpicas de bloqueios atmosfricos no Hemisfrio Sul. a) Bloqueio do

    tipo dipolo, b) Bloqueio do tipo mega invertido.......................................................................2

    Figura 1.2 Esquema para o Hemisfrio Sul mostrando um quebramento de onda (a)

    ciclnico e (b) anticiclnico na alta troposfera. Estes exemplos mostram o caso particular da

    Temperatura Potencial na tropopausa dinmica onde os contornos no so to suavizados

    como na anlise da altura geopotencial. Extrado de Berrisford et al., (2006)........................14

    Figura 1.3 Ilustrao esquemtica das famlias SRES. Fonte: site do IPCC

    http://sedac.ciesin.columbia.edu/ddc/observed/images/sres_tree_small.jpg. (Adaptado de

    Nakicenovic et al. 2000)...........................................................................................................18

    Figura 2.1 Esquema representativo das bandas zonais do ndice de Bloqueio mostrando

    estruturas simples de bloqueios sobre diferentes latitudes. Na Figura, os nmeros (1), (2) e (3)

    representam bloqueios sobre latitudes mdias-baixas, mdias e mdias-altas, respectivamente

    e posicionados tal como so calculados. As linhas pretas grossas representam a variao

    latitudinal (). As linhas tracejadas indicam a perturbao no escoamento de oeste no entorno da estrutura de bloqueio. No centro da estrutura o escoamento oposto ao

    escoamento de oeste, representando uma regio com anomalias de leste................................24

    Figura 2.2 Representao esquemtica dos setores de bloqueio (SB1, SB2, SB3, SB4 e SB5)

    e as regies (Pacfico Oeste e Pacfico Leste) sobre o Pacfico Sul.........................................26

    Figura 3.1 Distribuio do nmero total de deteces de eventos com escoamento

    bloqueado por ponto de longitude. a) Nmero total de deteces de eventos. b) Nmero total

    de deteces de eventos em escala logartmica de base e. As legendas no topo ( direita)

    indicam as bandas zonais.........................................................................................................30

    Figura 3.2 Diagrama Howmller (tempo-longitude) da intensidade do escoamento

    bloqueado (m/olatitude) e o respectivo contador de dias bloqueados por ponto de longitude

    para os invernos austrais de 1986-1987: (a) Esquema T94; (b) banda das latitudes mdias; (c)

    banda das latitudes mdias-baixas e (d) banda das latitudes mdias-altas do ndice zonal (ver

    texto para detalhes). A linha slida no centro do Howmller representa a regio de

    descontinuidade separando os invernos de 1986 e 1987. Linhas slidas no grfico contador

    representam a contagem de total eventos associado a banda zonal. Linhas tracejadas no

    grfico contador representam a contagem total de eventos associada a cada banda de

    latitudes....................................................................................................................................33

    Figura 3.3 Freqncia relativa do nmero total de deteces do escoamento bloqueado

    durante a fase Neutra do ENOS e variando latitudinalmente sobre as bandas zonais: Total

    (linha azul), mdias-baixas (linha vermelha), mdias (linha verde) e mdias-altas (linha rosa).

    a) Outono, b) Inverno, c) Primavera e d) Vero......................................................................36

    Figura 3.4 Bagplot [longitude() x durao()] da distribuio dos eventos de bloqueio com

    3 dias pela reanlise do NCEP/NCAR. a) Outono, b) Inverno, c) Primavera, d) Vero.

    Foram retidos apenas o valor de mxima durao de um evento sobre um determinado ponto

    de longitude. A bolsa (regio cinza) mostra a extenso longitudinal bivariada onde esto 50%

    das observaes. A cruz no centro da bolsa a mediana de Tukey. A regio branca que

    envolve a bolsa mostra os dados que esto no limite, similar as longas bigornas do Boxplot.

  • xii

    As observaes aberrantes so os pontos pretos que esto fora do lao poligonal convexo....39

    Figura 3.5 Mdia sazonal do comportamento do vento zonal de oeste em 200 hPa no

    Hemisfrio Sul durante o (a) outono, (b) inverno, (c) primavera e (d) vero.

    Unid:[m.s].................................................................................................................................40

    Figura 3.6 Grfico esquemtico das relaes entre a corrente de jato (setas slidas em

    negrito) com os storm tracks (seta hachurada) e o impacto nos distrbios transientes. Obtido

    de Trenberth (1986). Ver Trenberth (1986) para maiores detalhes..........................................41

    Figura 3.7 Campo mdio das anomalias da altura geopotencial no nvel de 500 hPa. O ciclo

    anual foi removido. As linhas cheias com regies sombreadas so anomalias positivas e as

    linhas tracejadas so anomalias negativas. As linhas cheias grossas representam as reas com

    significncia estatstica de 95% de confiana. Somente dias com 3 dias foram

    retidos.......................................................................................................................................45

    Figura 3.8 Campo mdio das anomalias do vento zonal no nvel de 200 hPa. O ciclo anual

    foi removido. As linhas cheias com regies sombreadas so anomalias positivas e as linhas

    tracejadas so anomalias negativas. As linhas cheias grossas representam as reas com

    significncia estatstica de 95% de confiana. Somente dias com 3 dias foram

    retidos.......................................................................................................................................46

    Figura 3.9 Campo mdio do desvio padro das anomalias do vento meridional no nvel de

    200 hPa. O ciclo anual foi removido. Regies sombreadas mostram valores iguais ou maiores

    do que 12 m/s. Somente dias com 3 dias foram retidos. Unid: [m.s-1

    ]...............................47

    Figura 3.10 Campo mdio do desvio padro das anomalias da altura geopotencial no nvel

    de 500 hPaO ciclo anual foi removido. Regies sombreadas mostram valores iguais ou

    maiores do que 120 mgp. Somente dias com 3 dias foram retidos. Unid:

    [mgp]........................................................................................................................................48

    Figura 3.11 Distribuio da freqncia do escoamento bloqueado durante o OUTONO. As

    reas cheias cinzas representam a distribuio da frequncia na fase Neutra do ENOS

    (referncia de padro). As linhas tracejadas representam episdios fracos, linhas pontilhadas

    representam os episdios moderados e linhas slidas representam episdios fortes. As figuras

    dispostas esquerda representam a fase Quente do ENOS e as figuras dispostas direita

    representam a fase Fria.............................................................................................................51

    Figura 3.12 Similar a Figura 3.11, mas referente ao INVERNO.........................................53

    Figura 3.13 Similar a Figura 3.11, mas referente PRIMAVERA.....................................55

    Figura 3.14 Similar a Figura 3.11, mas referente ao VERO..............................................56

    Figura 3.15 Distribuio da freqncia sazonal do escoamento bloqueado no (a) Outono, (b)

    Inverno, (c) Primavera e (d) Vero. As reas cheias cinzas representam a distribuio da

    frequncia referente ao padro na fase Neutra do ENOS. As linhas pretas slidas representam

    a fase Quente do ENOS, enquanto as linhas pretas tracejadas representam a fase

    Fria............................................................................................................................................57

    Figura 3.16 Diferenas entre medianas do escoamento bloqueado por ponto de longitude

    entre o ENOS+ e o padro Neutro. (a) ENOS+ menos Neutro durante o Outono; (b) ENOS+

    menos Neutro durante o Inverno; (c) ENOS+ menos Neutro durante a Primavera e (d) ENOS+

  • xiii

    menos Neutro durante o Vero. Linhas grossas em negrito indicam pontos de longitude com

    significncia estatstica ao nvel de p

  • xiv

    das bordas torna-se importante enquanto que a regies pontilhadas representam regies com

    95% de confiana estatstica. Referncias: Torrence, C. and G. P. Compo, 1998: A Practical

    Guide to Wavelet Analysis. Bull. Amer. Meteor. Soc., 79, 61-78........81

    Figura 4.1 Projeo espacial da primeira EOF rotacionada (REOF-1) para os dados de TSM

    de baixa frequncia na regio de 30S-30N e 120E-120W. Regies em cinza com linhas

    pontilhadas so correlaes negativas. Regies claras com linhas slidas so correlaes

    positivas. (a) NCEP-NCAR, (b) ECHAM5_R1 20C, (c) ECHAM5_R1 A1B, (d)

    ECHAM5_R2 20C, (e) ECHAM5_R2 A1B, (f) MIROC 3.2-H 20C, (g) MIROC 3.2-H A1B,

    (h) MIROC 3.2-M 20C, (i) MIROC 3.2-M A1B. ...................................................................89

    Figura 4.2 Relao entre os ndices ONI e Coeficiente temporal REOF-1 ao longo do

    perodo de 1980 a 2000. A linha fina representa o ndice ONI, enquanto que a linha grossa

    representa o Coeficiente da REOF-1. A correlao entre as duas sries temporais de

    ~0,97.........................................................................................................................................95

    Figura 4.3 Composio das anomalias das TSM mensais das reanlises do NCEP/NCAR

    referente ao perodo de 1980-2000. O ciclo anual foi removido. Linhas slidas representam

    anomalias positivas e linhas tracejadas representam anomalias negativas. A linha do zero

    esta representada pela linha ponto-tracejadas. Devido s comparaes com os MCGAOs, a

    escala vai de -3,5 a 3,5C..........................................................................................................96

    Figura 4.4 Composio das anomalias das TSM mensais dos modelos de clima ECHAM5/MPI-OM e MIROC 3.2 referente ao cenrio simulado 20C dos modelos. O ciclo anual foi removido. Linhas

    slidas representam anomalias positivas e linhas tracejadas representam anomalias negativas. A linha

    do zero esta representada pelas linhas ponto-tracejadas. A escala vai de -3,5 a 3,5C. As figuras

    esquerda representam a fase Quente do ENOS e s figuras do lado direito representam a fase Fria do

    ENOS. No topo de cada figura est representado o modelo avaliado. ..............................................98

    Figura 4.5 Similar a Figura 4.4, mas referente ao cenrio simulado A1B............................99

    Figura 4.6 Srie temporal da REOF-1 para os MCGAOSs ECHAM5/MPI-OM e MIROC 3.2 para as simulaes 20C ( esquerda) e A1B ( direita) que corrigido mostra o sinal positivo para o ENOS+

    e o sinal negativo para o ENOS-. Os modelos analisados esto indicados no topo de cada figura.

    Linhas tracejadas representam o desvio mdio............................................................................100

    Figura 4.7 Resultado do ciclo anual e do primeiro harmnico simulado pelos MCGAOs. As

    simulaes (linha vermelha) so comparadas com o ciclo harmnico observado na reanlise

    do NCEP/NCAR (linha azul). As figuras esquerda representam o ciclo harmnico calculado

    sobre a longitude 180 em 50S. As figuras direita so anlogas sobre a longitude de 90W

    em 50S. Do topo base so representadas as simulaes realizadas pelo (a) e (b)

    ECHAM5_R2, (c) e (d) MIROC 3.2-H e (e) e (f) MIROC 3.2-M........................................103

    Figura 4.8 Freqncia do nmero de deteces do escoamento bloqueado por ponto de

    longitude para o cenrio simulado 20C sobre a banda zonal total: a) Perodos Neutros, b)

    ENOS+, c) ENOS-. O observado e as simulaes esto representados da seguinte forma:

    Observado NCEP/NCAR (linha preta), ECHAM5_R2 (linha marrom), MIROC 3.2-H (linha

    laranja) MIROC 3.2-M (linha amarela).................................................................................106

    Figura 4.9 Freqncia do nmero total de deteces do escoamento bloqueado por ponto de

    longitude para o cenrio simulado 20C sobre as bandas de latitudes mdias-altas (topo) e mdias-baixas (base) e para a fase Neutra do ENOS ( esquerda, partes ae d, fase Quente

    (no meio, partes b e e, c), fase Fria ( direita, partes ce f. O observado e as

    simulaes esto representados da seguinte forma: Observado NCEP/NCAR (linha preta),

    http://paos.colorado.edu/research/wavelets/http://paos.colorado.edu/research/wavelets/

  • xv

    ECHAM5_R2 (linha marrom), MIROC 3.2-H (linha laranja), MIROC 3.2-M (linha

    amarela)..................................................................................................................................108

    Figura 4.10 Freqncia do nmero de deteces do escoamento bloqueado por ponto de

    longitude comparando os cenrios simulados 20C e A1B sobre a banda zonal total nos nas

    fases a) Neutra, b) Quente e c) Fria do ENOS. O simulado para o clima presente 20C

    representado por linhas slidas enquanto que o simulado para o cenrio A1B representado

    por linhas tracejadas. A legenda no topo esquerda de cada figura indica o

    modelo....................................................................................................................................110

    Figura 4.11 Freqncia total dos eventos de bloqueio para o observado NCEP/NCAR versus

    o cenrio simulado 20C pelos MCGAOs (ECHAM5_R2, MIROC 3.2-H e MIROC 3.2-M)

    para os setores de bloqueio do a) Pacfico Sudoeste, b) Pacfico Central e c) Pacfico Sudeste.

    Asteriscos indicam que as propores simuladas so estatisticamente diferentes ao nvel de

    p

  • xvi

    Lista de Tabelas

    Tabela 2.1 Propriedades locais das bandas zonais, suas respectivas latitudes centrais de

    referncia constante, nmero de deltas (variao latitudinal) e os limites latitudinais para

    cada banda zonal aplicados ao ndice de Bloqueio..................................................................23

    Tabela 2.2 Classificao das fases do ENOS de acordo como ndice ocenico (ONI). Os

    anos entre - indicam episdios de longa durao, e os anos entre / indicam episdios de

    curta durao............................................................................................................................27

    Tabela 3.1 Distribuio sazonal do nmero total de dias com escoamento bloqueado,

    nmero de eventos com 3dias e mdia de eventos/ano obtidos para os 59 anos da

    reanlise-I do NCEP/NCAR.....................................................................................................31

    Tabela 3.2 Estatstica do total e durao dos eventos de bloqueio de bloqueio para o

    OUTONO. As medidas de tendncia central para os perodos das fases opostas do ENOS so

    representadas pela respectiva diferena ([Fases opostas]-[Fase Neutra]), para explicar

    visualmente o sinal da variabilidade detectada, caso a hiptese nula (Ho) seja rejeitada. Nos

    episdios Neutros, as respectivas medidas esto dispostas em valores exatos. Os testes

    aplicados foram de proporo para a varivel eventos e o teste-U de Mann-Whitney para a

    varivel durao. Os valores-p em negrito e negrito-itlico indicam s regies cujas

    estatsticas passaram nos testes com significncia estatstica ao nvel de 90% e 95% de

    confiana, respectivamente.......................................................................................................62

    Tabela 3.3 Anlogo a Tabela 3.2, exceto que referente ao perodo do INVERNO.............63

    Tabela 3.4 Anlogo a Tabela 3.2, exceto que referente ao perodo da PRIMAVERA........64

    Tabela 3.5 Anlogo a Tabela 3.2, exceto que referente ao perodo do VERO..................65

    Tabela 3.6 Distribuio do nmero de dias com escoamento bloqueado e o nmero total de

    eventos de bloqueio com 3dias durante as combinaes AAO|ENOS.................................67

    Tabela 4.1 Resultados da anlise da REOF observada (NCEP/NCAR). So mostradas a

    ordem (k) da REOF e a distancia entre os autovalores, a porcentagem e porcentagem

    acumulada da varincia explicada............................................................................................92

    Tabela 4.2 Resultados da anlise da REOF simulada pelo modelo ECHAM5/MPI-OM para

    o clima presente 20C. So mostradas a ordem (k) da REOF e a distancia entre os autovalores,

    a porcentagem e porcentagem acumulada da varincia explicada. esquerda so mostrados

    os resultados para o ECHAM5 R1 20C (topo) e ECHAM5 R1 A1B (base). No meio so

    mostrados os resultados para o ECHAM5 R2 20C (topo) e ECHAM5 R2 A1B (base).

    direita so mostrados os resultados para o ECHAM5 R3 20C (topo) e ECHAM5 R3 A1B

    (base)........................................................................................................................................93

    Tabela 4.3 Resultados da anlise da REOF simulada pelo modelo MIROC 3.2 para o clima

    presente 20C. So mostradas a ordem (k) da REOF e a distancia entre os autovalores, a

    porcentagem e porcentagem acumulada da varincia explicada. esquerda so mostrados os

    resultados para o MIROC 3.2-H 20C (topo) e MIROC 3.2-H A1B (base). direita so

    mostrados os resultados para o MIROC 3.2-M 20C (topo) e MIROC 3.2-M A1B

    (base)........................................................................................................................................94

    Tabela 4.4 Resultados da anlise do Coeficiente temporal da REOF-1 para a distribuio do

  • xvii

    ENOS. Os resultados foram determinados olhando para os campos da TSM, onde o

    Coeficiente temporal da REOF-1 persiste por 5 meses. So mostrados na seqncia os

    nmeros relativos ao: total de anos/total de episdios/durao mdia de cada episdio. A

    tabela esquerda representa os resultados para o experimento simulado 20C e a tabela

    direita, o experimento simulado A1B....................................................................................101

  • CAPTULO 1

    INTRODUO E OBJETIVOS

    Bloqueios atmosfricos so comumente observados onde o escoamento zonal

    caracterstico de latitudes mdias interrompido por um intenso e persistente escoamento

    meridional, associado estrutura de uma clula anmala de alta presso quase-estacionria e

    barotrpica resultando na bifurcao do jato. Tais estruturas de bloqueio so, em grande parte,

    responsveis pela persistncia do tempo, induzindo a extremos climticos que variam desde

    secas e ondas de calor a invases de ar frio.

    Dois tipos de bloqueio so frequentemente observados no HS conforme representados

    na Figura 1.1:

    a) Bloqueio do tipo dipolo: Quando uma baixa fria desprendida (cut-off low, em

    ingls) posiciona-se no flanco equatorial de uma alta de bloqueio, caracterizando uma

    estrutura de dipolo (Figura 1.1a). Associado a seus dois centros de altura geopotencial h uma

    zona de deformao, representado pelo ponto na Figura 1.1a. Este padro representado por

    uma corrente de ar anmala de leste para oeste com uma pluma difluente a oeste que refora a

    zona de deformao. Corrente acima da regio bloqueada e a oeste da zona de deformao o

    escoamento tipicamente zonal, enquanto que no lado leste do bloqueio so esperados

    condies de calor e ar seco, tpicos de uma crista progressiva.

    b) Bloqueio do tipo mega (): Trata-se de um tipo de bloqueio de grande extenso

    espacial e de grande longevidade, caracterizado pela combinao entre duas baixas frias

    desprendidas e uma alta de bloqueio que so similares em tamanho e intensidade, e cuja

    forma se assemelha letra grega (Omega invertido no caso do HS) (Figura1b). Associado a

  • 2

    seus trs centros de altura geopotencial, dever haver duas zonas de deformao,

    representadas pelos pontos na Figura 1.1b. Neste padro de bloqueio o escoamento de altos

    nveis deslocado na direo oeste e para o flanco polar da primeira circulao ciclnica (B1),

    criando a primeira zona de deformao. A segunda zona de deformao surge justamente ao

    norte da alta de bloqueio contornando anticiclnicamente a alta de bloqueio na direo dos

    plos. Isto tambm se estende ciclnicamente na direo equatorial da segunda baixa fria

    (B2). A este tipo de bloqueio esto associados sistemas persistentes de tempo quente e seco

    e/ou frio e mido sobre grandes reas continentais e martimas.

    Figura 1.1 - Estruturas tpicas de bloqueios atmosfricos no Hemisfrio Sul. a) Bloqueio do tipo

    dipolo, b) Bloqueio do tipo mega invertido.

    Os primeiros estudos sobre bloqueios foram desenvolvidos no final da dcada de

    1940. Por exemplo, Namias (1947) introduziu o conceito de ndice zonal e foi o pioneiro ao

    descrever um evento de bloqueio particular ocorrido durante o inverno boreal. Willet (1949)

    mostrou que o escoamento de oeste nas latitudes mdias varia constantemente entre as

    circulaes com alto ndice zonal e com baixo ndice zonal. O padro com baixo ndice zonal

    corresponde quelas situaes com o escoamento zonalmente bloqueado. Berggren et al.

    (1949) representaram, talvez pela primeira vez, a estrutura trmica de um evento de bloqueio.

    Elliot e Smith (1949) forneceram exemplos para o Hemisfrio Norte (HN). Rex (1950a,b)

  • 3

    produziu o que se tornou a primeira climatologia de bloqueios. No entanto, no HS so poucos

    os trabalhos anteriores dcada de 1980. Por exemplo, van Loon (1956) produziu a primeira

    climatologia de bloqueios; Taljaard (1972), Wright (1974) e Brown (1975) documentaram

    vrios aspectos sinticos descritivos importantes. A partir dos anos oitenta, houve um maior

    interesse nos estudos focados na atividade de bloqueios sobre o HS, basicamente motivados

    pela grande melhora na representatividade dos campos meteorolgicos. Este interesse

    evidenciado pelos trabalhos explorando a climatologia dos bloqueios como Casarin e Kousky

    (1982), Coughlan (1983), Lejeas (1984), Trenberth e Mo (1985). Na dcada seguinte,

    destacam-se Kayano e Kousky (1990), Rutland e Fuenzalida (1991), Tibaldi et al. (1994),

    Marques e Rao (1996), Marques (1996), Sinclair (1996), Fuentes (1997), Nascimento (1998),

    Nascimento e Ambrizzi (2002), Wiedenmann et al. (2002) e mais recentemente Damio et al.

    (2008).

    Marques (1996), Renwick (1998), Marques e Rao (2000), Wiedenman et al. (2002) e

    Damio et al. (2008) investigaram a influncia do El Nio/Oscilao do Sul (ENOS) na

    freqncia dos eventos de bloqueio. Entretanto, nenhum destes estudos comparou possveis

    diferenas na freqncia e posio preferencial de bloqueio como funo da intensidade do

    fenmeno do ENOS. Outro modo importante nos extratrpicos conhecido como Oscilao

    Antrtica (AAO) (Gong and Wang, 1998). No h nenhum estudo a respeito da influncia da

    AAO na freqncia de ocorrncia e manuteno dos eventos de bloqueio no HS.

    Alguns estudos tm explorado o fenmeno de bloqueios usando modelos de clima

    especficos. Tibaldi et al. (1997) conduziram uma anlise de episdios de bloqueios baseada

    em quatro integraes do modelo Atmosfrico de Circulao Geral (MCGA) ECHAM3 com

    diferentes configuraes do truncamento horizontal espectral e temperaturas de superfcie

    ocenica. Todas as quatro verses do modelo mostraram uma tendncia em subestimar a

    ocorrncia de bloqueios. Posteriormente, DAndrea et al. (1998) produziu at ento o mais

  • 4

    expressivo estudo intercomparativo para 15 modelos de circulao geral com o objetivo de

    diagnosticar e comparar a habilidade destes modelos na simulao de bloqueios. Estudos mais

    recentes (Pelly e Hoskins, 2003b) sugerem resultados consistentes com os estudos anteriores

    de Tibaldi et al. (1997) e DAndrea et al. (1998), onde estes modelos, em geral, tendem a

    simular a localizao preferencial com maior preciso do que freqncia de ocorrncia e

    durao. No HS, Damio (2007) usando HADCM3 demonstrou que o modelo subestima a

    atividade de bloqueio sobre o Pacfico Sul. Matsueda et al. (2010), em estudo para o HS,

    usaram trs integraes do modelo MRI com diferentes resolues horizontais (20km, 60km e

    180km) e mostraram que a alta resoluo horizontal do modelo um aspecto importante para

    a melhor preciso na simulao de deteco de bloqueios.

    1.1 CLIMATOLOGIA E CRITRIOS DE IDENTIFICAO DE BLOQUEIOS

    Rex (1950a, b) publicou a primeira climatologia de bloqueios atmosfricos para o

    Hemisfrio Norte (HN) usando um mtodo subjetivo baseado nas propriedades cinticas do

    escoamento em superfcie e troposfera mdia. Muitas definies sobre bloqueios tm sido

    usadas, contudo as caractersticas consensuais parecem ser a bifurcao do jato e a quase-

    estacionaridade da estrutura. No HS, o primeiro estudo abrangente sobre climatologia de

    bloqueios foi elaborado por van Loon (1956) usando uma metodologia similar a de Rex

    (1950a,b). Wright (1974) e Casarin e Kousky (1982) forneceram uma reviso compreensiva

    dos aspectos sinticos de bloqueios sobre o Pacfico Sul, sendo que o primeiro focou

    basicamente na regio de bloqueios da Australsia. Os principais aspectos sinticos destes

    estudos so descritos abaixo:

  • 5

    (a) Van Loon (1956):

    1) O deslocamento do sistema de bloqueios, dado pelo movimento do centro de alta,

    no deve exceder 25 de longitude em 45S durante todo o perodo do mesmo; 2) O

    centro do anticiclone de bloqueio deve estar pelo menos, 10 de latitude mais ao sul do

    cinturo de altas presses subtropicais; 3) O bloqueio deve durar pelo menos seis dias.

    (b) Wright (1974):

    1) O escoamento bsico de oeste (em 500 hPa) deve se dividir em dois ramos; A

    mdia de 5 dias da posio da crista em 500 hPa em 45S (definindo a longitude do

    bloqueio) deve ter uma taxa de progresso de menos de 20o de longitude por semana e

    no deve progredir mais do que 30o de longitude durante toda a durao do evento; 2)

    A crista na longitude do bloqueio deve estar pelo menos 7 o de latitude mais ao sul que

    a posio normal do cinturo de altas presses subtropicais e deve ser mantida com

    aprecivel continuidade; 3) A durao do evento deve ser de pelo menos seis dias.

    (c) Casarin e Kousky (1982):

    1) O escoamento de oeste divide-se em dois ramos; 2) A posio inicial e final do

    bloqueio so aquelas longitudes onde o mdulo da vorticidade mximo; O

    deslocamento total do bloqueio deve ser menor ou igual a 25 o

    de longitude durante o

    perodo total do evento; 3) A situao de bloqueio deve se manter no mnimo por seis

    dias consecutivos; 4) A data inicial de cada situao de bloqueio determinada pelo

    aparecimento da condio expressa no primeiro item. 5) A data final determinada

    pelo desaparecimento de uma, ou mais, das condies expressas no primeiro, terceiro

    e quarto item.

    Devido enorme dificuldade em processar tais critrios como algoritmos que

    traduzam o observado em informaes numricas das condies de bloqueio, tais mtodos,

    exceto pelo contedo terico, tornaram-se inadequados. Assim, iniciou-se o advento dos

  • 6

    mtodos objetivos (numricos) desenvolvidos para a identificao de estruturas de bloqueio,

    propostos inicialmente por Dole (1978), Charney et al. (1981), e Dole e Gordon (1983). Estes

    mtodos usaram ndices baseados em dados dirios com o objetivo de estudar os aspectos de

    persistncia dos anticiclones anmalos. Por exemplo, de acordo com Charney et al. (1981),

    um evento de bloqueio poderia ser identificado quando detectado uma persistente e forte

    anomalia positiva na altura geopotencial de 500 hPa.

    Mais recentemente, Lejeas e kland (1983) para o HN e Lejeas (1984) para o HS,

    com o objetivo de produzir anlises numricas, combinaram os mtodos objetivos com

    aqueles subjetivos baseados nas idias anteriores de Rex (1950a, b). Assim, estabeleceram o

    conceito de ndice de bloqueio, o qual uma medida proporcional intensidade da

    componente zonal do vento geostrfico. Este ndice similar ao proposto por Namias (1947),

    mas baseado no gradiente da altura geopotencial na troposfera mdia. Neste sentido, para que

    uma determinada longitude seja considerada bloqueada, necessrio que a mdia latitudinal

    do escoamento de oeste seja de leste para cada ponto de longitude observado, isto :

    A equao (1) calculada para cada 10o de longitude e demanda que o valor mdio do

    ndice seja negativo. Deste modo, temos que igual a 20 o

    e 0 uma latitude central

    constante.

    Contudo, o ndice de Lejeas (1984) no evita que baixas desprendidas deslocadas

    anomalamente para latitudes polares sejam confundidas com bloqueios atmosfricos. Neste

    sentido Tibaldi et al (1994) em estudo para o HS, similar a Tibaldi e Molteni (1990) para o

    HN, modificaram o ndice de Lejeas (1984) e introduziram uma segunda componente zonal

    para evitar respostas errneas na freqncia de bloqueios, dada pela seguinte expresso:

  • 7

    Onde o uma latitude central constante igual a 50oS. Este mtodo foi incorporado

    neste trabalho e ser detalhado no Captulo 2.

    Recentemente, um ndice baseado nas prvias idias de Hoskins et al. (1985) sobre o

    uso dos mapas de vorticidade potencial, denominado de ndice PV-, foi utilizado para o

    Hemisfrio Norte em Pelly and Hoskins (2003) e no HS em Berrisford et al. (2006). Neste

    mtodo, um ndice de Bloqueio definido como a diferena da temperatura potencial mdia

    entre os setores de latitudes norte e sul, dado por:

    Este clculo realizado na superfcie de PV=2 unidades, denominada de tropopausa

    dinmica. Pela definio, < 0 para escoamentos zonais de oeste e > 0 quando h bloqueio

    no escoamento.

    importante notar que todos os mtodos citados se referem a escoamento

    zonalmente bloqueado local e instantneo. Todavia, o termo bloqueio se refere

    persistncia do ndice para uma determinada durao. Detalhes sobre o critrio de persistncia

    mnima adotado neste trabalho sero abordados no Captulo 2.

    1.2 ASPECTOS DINMICOS DOS BLOQUEIOS

    Durao, freqncia de ocorrncia e localizao longitudinal preferencial so as

    principais variveis estatsticas atribudas ao fenmeno de bloqueio, as quais dependem de

    processos dinmicos envolvendo complexas variveis da atmosfera, dos oceanos e topografia.

    A existncia de ventos intensos de oeste nas latitudes mdias e altas da troposfera do HS

    reduz significativamente a durao dos eventos de bloqueio comparativamente com o HN

  • 8

    (van Loon 1956, Trenberth 1995, Tibaldi et al 1994, Berrisford et al 2006). Os eventos de

    bloqueios atmosfricos no HS esto usualmente localizados em latitudes mais baixas do que o

    observado no HN (Lejeas 1984; Tibaldi et al 1994), e so muito menos freqentes (Tibaldi et

    al 1994). Entretanto, Coughlan (1983) mostrou que a freqncia de bloqueios sobre a regio

    da Austrlia e Nova Zelndia tem uma magnitude comparvel quela observada no HN, e a

    reduzida presena de orografia no HS pressupe a importncia das variaes longitudinais de

    temperatura da superfcie do mar (TSM) como um mecanismo forante na formao de

    bloqueios.

    Existe na literatura um amplo debate sobre a freqncia de ocorrncia e localizaes

    longitudinais preferenciais para a formao dos eventos de bloqueio sobre o HS. H uma

    ampla gama de opinies, desde o trabalho primordial de van Loon (1956) at Lejens (1984) e

    Tibaldi et al (1994) que revelaram aspectos sinticos importantes dos anticiclones de bloqueio

    no HS. Estes autores verificaram que a regio de maior freqncia de bloqueios situa-se no

    sudoeste do Pacfico, prximo da Nova Zelndia, e destacaram o leste da Amrica do Sul e o

    sudoeste do Oceano ndico como regies de mximos secundrios de ocorrncia.

    Posteriormente, Sinclair (1996) e Marques (1996) usaram uma srie maior de dados e

    metodologias distintas e verificaram a existncia de uma quarta regio de alta freqncia de

    bloqueios no HS situada ao oeste da Amrica do Sul. Recentemente, Berrisford et al (2006)

    usaram um mtodo desenvolvido por Pelly e Hoskins (2003) e reanlises ERA-40 do

    European Centre for Medium Range Weather Forecasts (ECMWF) e revelaram que eventos

    de bloqueio sobre as latitudes mdias do HS ocorrem predominantemente no perodo de

    inverno sobre o oceano Pacfico e so mais vigorosos no Pacfico Leste; durante o vero, a

    freqncia de bloqueios enfraquece e confina-se no Pacfico Oeste.

    Nos ltimos 60 anos, diversas teorias tm sido propostas para explicar os mecanismos

    de formao, manuteno e decaimento do fenmeno de bloqueios atmosfricos (Berggren et

  • 9

    al., 1949; Rex 1950, Dole 1986; Trenberth 1986; Mullen 1987; Holopainen e Fortelius 1987;

    Marques 1996). Estudos numricos demonstraram que a interao com fenmenos de alta

    freqncia poderia conduzir a formao de um anticiclone de bloqueio (Shutts 1983; Metz

    1986; Blackmon et al. 1986; Haines and Marshall 1987; Vautard e Legras 1988). Egger

    (1978) e Kalnay-Rivas e Merkine (1981) representam uma linha de idias que propem a

    formao de bloqueios por mecanismos barotrpicos. Por outro lado, Shilling (1982) mostrou

    que bloqueios podem ser induzidos por processos baroclnicos. Chen e Shukla (1983)

    conciliaram as duas idias e mostraram num experimento numrico que bloqueios

    atmosfricos so formados pela interferncia construtiva de ondas baroclnicas e barotrpicas.

    Neste contexto, outros estudos indicaram que a imprevisibilidade relativa dos distrbios de

    ondas baroclnicas nos GCMs para previso de mdio-prazo pode o ser responsvel pela baixa

    previsibilidade do fenmeno de bloqueio (Tibaldi et al.1994; Renwick and Wallace 1996a),

    visto que estes distrbios parecem influenciar o ciclo de vida dos anticiclones de bloqueio

    (Shutts 1983; Mullen 1987; Nakamura and Wallace 1993; Renwick and Revell 1999).

    Blackmon et al (1986), mostrou que seis entre oito eventos analisados foram precedidos em 1

    dia por uma explosiva ciclognese corrente acima onde se formou o bloqueio.

    Entretanto, a hiptese de que bloqueios atmosfricos formam-se somente pela

    interao com fenmenos de alta freqncia nunca foi totalmente comprovada. Por exemplo,

    Konrad and Colucci (1989) encontraram fortes vnculos entre os processos de ciclognese e a

    formao de bloqueios. No entanto, verificaram que este processo no foi responsvel pela

    totalidade dos casos com formao de um anticiclone de bloqueio. Assim, outra linha de

    pesquisa e mais recente, aborda a importncia da interao com fenmenos de baixa

    freqncia, escalas maiores do que a escala sintica, onde bloqueios so vistos como ondas

    planetrias quase-estacionrias e de grande amplitude (Austin 1980; Karoly 1983; Lindzen

    1986; Lejeas e Doos 1987; Lejeas e Madden 1992; Stewart 1993; Nakamura 1994;

  • 10

    Ambrizzi et al 1995; Naoe et al 1997; Nakamura et al 1997; Nascimento e Ambrizzi 2002).

    Renwick and Revell (1999) produziram dados robustos que sugerem que bloqueios na regio

    leste do Pacfico Sul podem estar ligados com a propagao de ondas de Rossby foradas por

    conveco tropical. Nakamura (1994) lanou a hiptese de que a absoro local da atividade

    de onda e sua re-emisso, em associao com a temporria obstruo da propagao de uma

    onda de Rossby conduz a formao seguida pelo decaimento de intensos bloqueios sobre a

    Europa, construindo a idia de quebramento de onda associado com a formao de bloqueios.

    Nakamura et al. (1997), investigaram a evoluo temporal de diversos bloqueios sobre a

    Europa e Pacfico Norte e isolaram os mecanismos de alta e baixa frequncia para avaliar a

    contribuio de cada processo na amplificao de estruturas de bloqueios. Eles mostraram que

    os processos de baixa frequncia explicam mais de 75% dos casos com amplificao de

    bloqueios sobre o Pacfico Norte. Por outro lado, os processos de baixa frequncia possuem

    um papel secundrio sobre a Europa. Mais recentemente, Nascimento e Ambrizzi (2002)

    realizaram um estudo semelhante para o Hemisfrio Sul mostrando que em situaes que

    antecedem um bloqueio, existe um mximo de fluxo de atividade de onda no setor

    longitudinal onde no perodo seguinte o bloqueio se formaria.

    1.3 OSCILAES ATMOSFRICAS E INTERAES TRPICOS-

    EXTRATRPICOS

    A constatao da existncia dos principais padres de oscilaes atmosfricas, como

    se conhece atualmente, se deve s observaes de Sir Gilbert Walker entre as dcadas de 1920

    e 30. Walker (1925, 1928) e Walker e Bliss (1932) abordaram a existncia de trs grandes

    oscilaes atmosfricas: Oscilao do Atlntico Norte (NAO), Oscilao do Pacfico Norte

  • 11

    (NPO) e Oscilao do Pacfico Sul (SPO). Lorenz (1951) foi o primeiro a admitir uma

    caracterstica anular ou zonalmente simtrica para o NAO. Kutzbach (1971), Trenberth e

    Paolino (1981), e Wallace and Gutzler (1981), utilizaram anlises de funes empricas

    ortogonais (EOFs) de presso ao nvel do mar para investigar oscilaes atmosfricas. Mais

    recentemente, Thompson and Wallace (1998, 2000) mostram que os padres NAO e

    Oscilao do rtico (AO) so equivalentes, devido ao fato de ambas medirem a mesma

    variabilidade, diferenciando-se apenas na forma da interpretao, se um fenmeno regional

    controlado pelo Atlntico (NAO) ou se um modo anular com fortes teleconexes no setor

    do Atlntico (AO) (Wallace 2000).

    Alguns estudos investigaram as relaes entre a dinmica de bloqueios e as oscilaes

    NAO e NPO (Renwick e Wallace 1996a; Wallace 2000; Ogi et al., 2003) e indicam que a

    variabilidade da AO est diretamente associada com as variaes climticas de inverno em

    todas as regies continentais de mdias e altas latitudes. Estas variaes no se restringem

    apenas s condies mdias, mas tambm variabilidade diria, modulando padres de

    precipitaes, trajetria de storm tracks, frequncia de ocorrncia de eventos de bloqueios

    atmosfricos (Renwick 1998; Renwick and Revell 1999; Wallace 2000), bem como invases

    de ar frio (Baldwin et al. 2003a; Wallace 2000) e contribuem eficazmente nas tendncias de

    mudanas no clima observadas durante as dcadas mais recentes (Wallace 2000).

    No HS, a existncia de um padro de oscilao entre o cinturo de presso que corta

    Chile e Argentina em oposio aos mares de Weddell e Bellingshausen j havia sido

    identificada em Walker (1928). Entretanto, somente nas ultimas dcadas com a melhoria na

    robustez e qualidade dos dados que tal padro de oscilao foi corretamente descrito como o

    modo predominante da variabilidade de baixa freqncia dos extratrpicos no HS (Kidson

    1988; Yoden et al. 1987; Shiotani 1990; Hartmann and Lo 1998; Gong and Wang 1999; Fyfe

    et al. 1999; Shindell et al. 1999; Thompson and Wallace 2000; Baldwin et al. 2003a; Carvalho

  • 12

    et al. 2005) e denominada de Oscilao Antrtica (AAO), similar ao padro AO sobre o HN.

    A AAO foi postulada por Gong e Wang (1999) como a quarta oscilao revelada, com um

    anlogo as outras trs oscilaes reveladas por Walker e Bliss (1932). Gong e Wang (1999)

    tambm foram pioneiros em admitir que a AAO pudesse esclarecer os regimes climticos no

    HS, de forma similar ao Hemisfrio Norte.

    Thompson e Wallace (2000) apresentaram evidncias de que os modos principais da

    variabilidade nos dois hemisfrios so profundos, zonalmente simtricos ou estruturalmente

    anulares, composto por dipolos meridionais com nodos centrados na latitude de 45o,

    envolvendo troca de massa entre latitudes altas e parte de latitudes mdias. Por esta razo,

    estes modos so tambm conhecidos como modos anulares do sul (SAM) e do norte

    (NAM), e so idnticos a AAO e AO, respectivamente. Entretanto, estes modos se amplificam

    com a altura e interagem com a baixa estratosfera em determinadas pocas do ano,

    denominadas de estaes ativas. Thompson e Wallace (2000) mostraram que as estaes

    ativas para o HS (HN) ocorrem dentro da estao de primavera (inverno) em meados de

    outubro a dezembro (janeiro a maro) quando os modos anulares parecem modular a fora da

    circulao mdia lagrangeana ou circulao de Brewer-Dobson na altura da baixa

    estratosfera, a coluna total do oznio e altura da tropopausa sobre as latitudes mdias e altas,

    bem como a fora dos ventos alsios dos dois hemisfrios. A circulao de Brewer-Dobson

    um modelo de circulao atmosfrica simples proposta por Brewer (1949) e Dobson (1956)

    que postula a existncia de uma corrente lenta nos meses de inverno que redistribui o

    escoamento de ar na baixa estratosfera. Este modelo de circulao explica porque a

    concentrao de oznio acumula-se sobre os plos.

    Thompson et al. (2002) investigando a dinmica deste acoplamento troposfera-

    estratosfera encontraram evidncias de que o enfraquecimento (fortalecimento) do vrtice

    estratosfrico polar de inverno no HN tende a ser seguido por episdios de temperatura do ar

  • 13

    de superfcie anomalamente baixas (altas) e um incremento da ocorrncia de eventos de frio

    (calor) sobre reas continentais densamente povoadas da Amrica do Norte, norte da Europa e

    leste da sia. Assim, a AO pode ter um papel fundamental no controle dos mecanismos de

    formao, manuteno e decaimento dos eventos de bloqueio no HN, bem como, a AAO pode

    ter forte representatividade no HS. Estas constataes suferem que a variabilidade dos modos

    anulares e o acoplamento dinmico da troposfera com a baixa estratosfera no se restringem

    aos plos e podem influenciar a evoluo sintica de latitudes mdias.

    Estudos adicionais tm apresentado relaes significativas entre a freqncia de

    bloqueios e os padres de teleconexes trpicos-extratrpicos (Blackmon et al. 1986,

    Renwick e Wallace 1996b, Renwick 1998, Renwick e Revell (1999). Por exemplo, Marques

    (1996) encontrou um aumento na freqncia de bloqueios no Pacfico Sul durante episdios

    frios do ENOS. Outros estudos mostraram uma elevada freqncia de bloqueios no Pacifico

    Sudeste associados aos episdios quentes do ENOS, mas somente na primavera e vero

    austrais (Rutllant e Fuenzalida 1991; Renwick e Revell 1999; Marques e Rao 2000). Com

    relao aos modos anulares, Wallace (2000) sugeriu que a fase negativa da AO pode ser

    construtiva na freqncia de bloqueios nas regies do Alaska, Atlntico Norte e Rssia e

    destrutivas na regio do Atlntico Norte, pelo fato da AO frequentemente se fortalecer sobre o

    Atlntico Norte. Carvalho et al. (2005) mostraram a importncia das interaes trpicos-

    extratrpicos na variabilidade da Oscilao Antarctica (AAO) (Gong and Wang 1999) e

    respectivas mudanas na circulao dos altos nveis. Fogt et al. (2010) mostraram que as

    teleconexes com o Pacfico Sul so fortalecidas dependendo da combinao entre o ENOS e

    a fase diria da AAO (comumente denominada de Modo Anular do Sul MAS ou SAM, em

    ingls).

    Carvalho et al. (2005) observaram que durante a fase Quente do ENOS (ENOS+) h o

    quebramento e o enfraquecimento do modo anular, enquanto que durante a fase Fria do ENOS

  • 14

    (ENOS-) h o fortalecimento do modo anular, em particular sobre o Atlntico e o ndico.

    Numa escala sintica, usando um procedimento automatizado desenvolvido por Murray and

    Simons (1991), eles observaram a importncia da AAO nas propriedades dos ciclones

    extratropicais, como posio e intensidade, no qual verificaram que os ciclones tendem a se

    formar e se mover em latitudes mais baixas do que a posio climatolgica de 40oS durante

    eventos das fases negativas da AAO. Isto pode favorecer quebramentos de ondas de Rossby

    planetrias e conseqente formao de bloqueios. A Figura 1.2 mostra exemplos de

    quebramentos de onda de Rossby extrados de Berrisford et al., (2006). Entretanto, nenhum

    estudo at ento tem mostrado os efeitos combinados do ENOS e AAO na freqncia de

    bloqueios atmosfricos. Portanto, evidente que as relaes entre a AAO e a freqncia de

    bloqueios necessitam ser exploradas. Este tpico ser abordado na parte observacional deste

    estudo.

    Figura 1.2 Esquema para o Hemisfrio Sul mostrando um quebramento de onda (a) ciclnico e (b)

    anticiclnico na alta troposfera. Estes exemplos mostram o caso particular da Temperatura Potencial

    na tropopausa dinmica onde os contornos no so to suavizados como na anlise da altura

    geopotencial. Extrado de Berrisford et al., (2006).

  • 15

    1.4 MODELOS CLIMTICOS E CENRIOS FUTUROS

    O projeto para o diagnstico e intercomparao dos modelos de clima (PCMDI em

    http://www.pcmdi.llnl.gov) um portal incentivado pelo Painel Intergovernamental para

    Mudanas Climticas (IPCC) que oferece o suporte para os estudos de mudanas climticas.

    Neste portal esto disponibilizadas as sadas das rodadas de diversos modelos acoplados de

    clima com simulaes para o clima atual e projees dos cenrios de mudanas climticas

    para o restante do sculo 21 e sculo 22. O IPCC , desde o seu segundo relatrio de avaliao

    (Second Assessment Report: Climate Change 1995, AR-2), tem estimulado a pesquisa de

    projetos com nfase na Intercomparao dos Modelos Acoplados de Oceano e Atmosfera

    (CMIP) para contribuir com o avano da modelagem da atmosfera, oceano, continentes e gelo

    martimo. No portal do PCMDI, alguns dos projetos estimulados para a intercomparao dos

    modelos de clima so descritos a seguir:

    Projeto para intercomparao dos modelos atmosfricos (AMIP): o protocolo

    experimental padro para os modelos globais de circulao geral da atmosfera (MCGAs). Os

    AMIP no sero examinados neste trabalho.

    Projeto para intercomparao dos modelos acoplados oceano e atmosfera

    (CMIP): Os modelos acoplados oceano e atmosfera de circulao geral (MCGAOs) so os

    mais complexos dos modelos climticos, envolvem o acoplamento tridimensional dos

    MCGAs com os modelos de circulao ocenica (MCGOs) e outros modelos que incorporam

    trocas de calor, momentum, e vapor dgua que ocorrem em superfcies adjacentes de

    continentes e gelos martimos ou sea ice. Esta classe de modelo permite simulaes de

    mudanas climticas atravs de ajustes em diversas forantes climticas, como por exemplo, o

    incremento atmosfrico do dixido de carbono (CO2) pelas atividades antrpicas. Este projeto

    teve inicio em 1995 e as verses anteriores coletaram sadas de rodadas do modelo num

    http://www.pcmdi.llnl.gov/

  • 16

    cenrio idealizado de aquecimento global onde o contedo de CO2 na atmosfera aumentava a

    uma taxa constante de 1% ao ano at dobrar no ano 70 da rodada dos modelos. As sadas

    destas rodadas dos modelos do CMIP esto disponveis para estudos de projetos. Algumas

    destas simulaes sero investigadas neste trabalho.

    Alm destes projetos, h o Projeto de Intercomparao de Modelos de Prognstico

    Sazonal (SMIP), desenvolvido pelo CLIVAR (Climate Variability and Predictability em

    http://www.clivar.org) e o Projeto Experimental Aqua-Planet (APE), o qual trata de um

    ambiente altamente simplificado (somente oceanos) onde o foco das atenes est voltado

    para a distribuio e a variabilidade da conveco nos trpicos e a trajetria de perturbaes

    atmosfricas transientes de latitudes mdias.

    O acoplamento do sistema oceano-atmosfera consiste de um sistema altamente

    integrado, multicomponente, no-linear, e diversas forantes externas influenciam diariamente

    a dinmica deste sistema devido as causas naturais ou pela atividade antrpica. Por exemplo,

    o aumento das taxas de CO2 na atmosfera aumenta o efeito estufa, e pode alterar o

    comportamento de diversos mecanismos atmosfricos e elevar as temperaturas do planeta;

    contudo, a frao que pode ser atribuda a estes gases no aquecimento global ainda

    controvertida (Shindell et al. 1999). Conseqentemente, durante as ultimas dcadas a

    comunidade cientfica tem tratado de representar estas relaes mediante o uso de modelos de

    circulao geral de Clima. O clima usualmente caracterizado em termos da mdia e da

    variabilidade da temperatura, precipitao e vento variando de meses at milhes de anos,

    dependendo do referencial do estudo. Em meteorologia o perodo comumente adotado de ~

    30 anos. O termo mudanas climticas utilizado pelo IPCC refere-se s mudanas relativas

    do clima ou de suas propriedades, que possam ser inferidas com o uso de testes estatsticos,

    mas que persistam por um perodo extenso, tipicamente dcadas ou mais associadas a

    mudanas nos fatores externos, que podem ser variabilidades naturais (tais como, erupes

    http://www.clivar.org/

  • 17

    vulcnicas, variao solar, condies trmicas ocenicas) ou resultados da atividade antrpica.

    No quarto relatrio de avaliao do IPCC (Fourth Assessment Report: Climate Change 2007,

    AR4), foi consenso desta comunidade cientfica o aumento de ~ 0.6 0.2C desde o final

    do sculo 19, bem como, o aumento na freqncia do nmero de dias e noites quentes, de

    ondas de calor e extremos de precipitao sobre os ltimos 50 anos.

    O IPCC a partir do seu terceiro relatrio de avaliao (Third Assessment Report:

    Climate Change 2001,TAR) publicou quatro cenrios futuros ou famlias de cenrio,

    chamados de cenrios SRES (Special reports on Emission Scenarios) A1, A2, B1 e B2 que

    procuram descrever relaes entre as forantes (populao, economia, tecnologia, energia, uso

    da terra e agricultura) propulsoras de emisses de gases (efeito estufa e aerossis) e sua

    evoluo durante o sculo 21 para grandes setores regionais e globalmente. Cada cenrio

    representa diferenciadas forantes, por exemplo, diferentes padres demogrficos e

    econmicos. Basicamente, os quatro cenrios tendem para duas tendncias divergentes e

    irreversveis: um diverge entre motivaes econmicas (A1 e A2) e motivaes ambientais

    (B1 e B2), e outro diverge entre a coordenao global (A1 e B1) e o esforo regional (A2 e

    B2). Os cenrios so ilustrativamente mostrados na Figura 1.3 e individualmente descritos

    abaixo, conforme (Nakicenovic et al., 2000):

    A1- Um mundo futuro de rpido crescimento econmico com uma populao

    global crescente que atinge cerca de 9 bilhes em 2050 e declina em seguida, e uma rpida

    introduo de novas e mais eficientes tecnologias. um mundo que prioriza o crescimento

    econmico e a coordenao global, mas menor valorizao ambiental. A famlia do cenrio

    A1 desenvolve-se dentro de trs grupos ou sub-famlias que descrevem caminhos

    alternativos para mudanas tecnolgicas no sistema de energia global, sendo: A1FI o uso

    intensivo de fontes fsseis, A1T o uso predominante de fontes de energias no-fsseis e A1B

    o uso equilibrado de fontes de energia.

  • 18

    A2- Um mundo heterogneo com aumento da populao global e menor

    cooperao internacional, orientado regionalmente, de menor desenvolvimento econmico e

    tecnolgico ajustado as condies locais. nfase em famlias grandes com menor rendimento

    pessoal e o aumento das diferenas sociais. o cenrio mais pessimista.

    B1- Um mundo convergente com a mesma populao global do cenrio A1,

    mas com a economia voltada para o servio e informao e o desenvolvimento de tecnologias

    direcionadas para energia limpa e eficiente. Este o cenrio mais otimista, focado na

    globalizao dos servios e preocupado com o meio ambiente sustentvel.

    B2- Um mundo semelhante ao B1, mas a nfase a soluo local para as

    questes econmicas, sociais e o desenvolvimento sustentvel. H pouca cooperao

    internacional aliada com o continuo crescimento da populao global, contudo menor do que

    no cenrio A2, sendo o desenvolvimento econmico apenas intermedirio.

    Figura 1.3 - Ilustrao esquemtica das famlias SRES. Fonte: site do IPCC

    http://sedac.ciesin.columbia.edu/ddc/observed/images/sres_tree_small.jpg. (Adaptado de Nakicenovic

    et al. 2000).

  • 19

    1.5 OBJETIVOS

    O objetivo principal deste trabalho examinar em detalhes as caractersticas espao-

    temporais dos bloqueios no HS durante o perodo de 1950 a 2007. Alm disso, este trabalho

    investiga o potencial de alguns dos MCGAOs que fazem parte do IPCC em simular

    realisticamente eventos de bloqueio no clima do sculo XX e como estes so projetados em

    cenrios futuros de mudanas climticas. Para este fim, prope-se um novo ndice de bloqueio

    baseado no mtodo tradicional de Tibaldi et al.,(1994) para investigar bloqueios na regio

    extratropical do HS. Alm disso, examinam-se a variabilidade temporal e espacial destes

    eventos e suas relaes com o El Nio/Oscilao do Sul combinado com a Oscilao

    Antrtica.

    As principais questes que sero abordadas neste trabalho so:

    - Quais as diferenas associadas a freqncia, local preferencial e durao do eventos

    de bloqueio sob diferentes modulaes e intensidades do El Nio/Oscilao do Sul?

    - Existem diferenas na atividade de bloqueio no modo combinado ENOS e AAO?

    Existindo, quais os provveis mecanismos fsicos responsveis?

    - Qual o potencial dos MCGAOs em simular bloqueios no clima presente e quais so

    as projees para cenrios futuros de mudanas climticas? Quais as incertezas na previso

    destes cenrios?

    O trabalho est organizado da seguinte forma. O captulo 2 apresenta o conjunto de

    dados e discute o ndice de bloqueio usado nas anlises. O captulo 3 mostra a climatologia de

    bloqueios com enfoque na variabilidade espacial e interanual da atividade de bloqueio.

    Tambm so discutidas tendncias e influncia combinada da AAO e ENSO. O captulo 4

    explora a capacidade dos MCGAOs em simular os principais aspectos de bloqueios, como

    freqncia de ocorrncia, longitudes preferenciais e durabilidade para o clima presente (1980-

  • 20

    2000) e cenrio futuro de mudanas climticas (2050-2070). Concluses e recomendaes

    para trabalhos futuros so apresentadas no captulo 5.

  • 21

    CAPTULO 2

    DADOS E METODOLOGIA

    A climatologia de bloqueios no Hemisfrio Sul foi obtida com base em 59 anos (1949-

    2007) de dados mdios dirios da altura geopotencial ao nvel de 500 hPa da reanlise I do

    National Center of Environmental Prediction - National Center for Atmospheric Research

    (NCEP/NCAR) com resoluo horizontal de 2,5 x 2,5 graus de latitude por longitude. A

    descrio do ndice de bloqueio e a definio dos setores de bloqueio so apresentadas a

    seguir:

    2.1 NDICE DE BLOQUEIO

    O ndice de Bloqueio usado neste estudo foi uma adaptao de Tibaldi et al., (1994)

    (doravante denominado T94). Este ndice tem sido largamente empregado em diversos

    estudos sobre bloqueios atmosfricos (e.g, Nascimento e Ambrizzi 2002, Damio 2008 e

    Matsueda et al., 2010 para o HS e Trigo et al 2004 e Barriopedro et al. 2005 para o HN) e

    operacionalmente pelo National Weather Services (NWS/CPS/NOAA). O mtodo foi

    originalmente proposto por Lejeas (1984) para o HS, conforme discutido anteriormente. De

    acordo com Lejeas (1984) a condio bsica para a difluncia do escoamento zonal

    observada quando o valor mdio do ndice de bloqueio for negativo entre 30S e 50S e ao

    longo de 30 de longitude. Contudo, T94 encontrou que algumas baixas desprendidas

  • 22

    deslocadas anomalamente para latitudes polares tambm poderiam resultar em valores

    negativos pelo ndice de Lejeas (1984). Para excluir esta possibilidade T94 adicionou a este

    critrio um valor limiar negativo de gradiente da altura geopotencial ao sul de 50S. De

    acordo com este mtodo, dois gradientes de altura geopotencial dados por GHGS e GHGN

    devem ser calculados para cada ponto de longitude, como segue:

    Onde:

    Onde Z, e so as alturas geopotenciais em 500-hPa, longitude e latitude,

    respectivamente. O ndice Norte (GHGN) o gradiente da altura geopotencial em 500 hPa

    sobre as latitudes mdias, similar ao proposto por Lejeas (1984) e o ndice Sul (GHGS) o

    gradiente da altura geopotencial em 500 hPa sobre as latitudes altas, criado como uma

    condio imposta para assegurar a excluso de escoamentos no-bloqueados, ou seja, o

    GHGS impem a presena de um alticiclone no flanco sul da regio bloqueada. Os cinco

    deltas de latitude (s) resolvidos numa grade com resoluo horizontal de 2,5 x 2,5 do

    NCEP/NCAR representam uma melhoria adicional na deteco de eventos com relao ao

    mtodo original de T94, o qual possua somente trs s resolvidos numa grade com resoluo

    de 3,75o x 3,75

    o. Adicionalmente, o ndice de bloqueio foi subdividido em trs bandas zonais

    de latitude, tais como: latitudes mdias-baixas (, ), latitudes mdias (, ) e latitudes

    mdias-altas (, ). Eles representam os mximos locais da altura geopotencial para as

    seguintes latitudes centrais de referncia ,

    , e

    . A Tabela 2.1 resume os limites norte e sul destas bandas zonais. Notar que a distncia

    latitudinal entre as latitudes mdias-baixas e mdias-altas de aproximadamente 10 graus, um

  • 23

    escala razovel na deteco de sistemas sinticos (> 1.000 km). Tambm observar que as

    bandas zonais sobre mdia-baixas e mdias-altas esto fixadas sobre uma latitude especfica

    central, enquanto alguma variao permitida para a banda zonal de latitude central. Desta

    forma, a variao latitudinal investigada comparando os resultados de cada banda zonal.

    Tabela 2.1 Propriedades locais das bandas zonais, suas respectivas latitudes centrais de

    referncia constante, nmero de deltas (variao latitudinal) e os limites latitudinais para

    cada banda zonal aplicados ao ndice de Bloqueio.

    De modo geral, a anlise subdividida em bandas zonais pode melhorar o rastreamento

    do escoamento anmalo de leste pela inspeo em vrias latitudes do HS e determinar a

    variabilidade latitudinal dos bloqueios ao longo por ponto de longitude. Isto pode ser

    evidenciado pelo fato do escoamento anmalo de leste ser de fato a regio central da

    complexa estrutura do bloqueio, o qual corresponde a um anticilone de bloqueio situado no

    flanco Sul e uma ou duas baixas frias despreendidas no flanco Norte da estrutura complexa de

    bloqueio, conforme a Figura 1.1.

    Na Tabela 2.1, o termo total do ndice de bloqueio representado por cinco deltas,

    uma generalizao de T94, tal como em Trigo et al., (2004). Desta forma, representa o total de

    deteces do escoamento bloqueado entre 30S e 55S para cada ponto de longitude. Cada

    banda zonal foi mostrada na Tabela 2.1 e examinada separadamente. Estudos recentes (Trigo

    et al., 2004; e Barriopedro et al., 2006) tm sugerido que o uso de cinco s de latitude deve

    Bandas Zonais Latitudes de referncia Nmero de deltas Limites latitudinais

    Mdias-baixas (,b), b=45o

    1 30.0oS-45.0

    oS

    Mdias (,m), m=50o

    3 32.5oS-52.5

    oS

    Mdias-altas (,a), a=55o

    1 40.0oS-55.0

    oS

    Total (,T), T=50o

    5 30.0oS-55.0

    oS

  • 24

    levar a uma maior quantidade de deteces do escoamento bloqueado comparado com o

    esquema tradicional de T94.

    Por uma questo de simplificao para o texto e para incorporar ambas as condies

    num nico termo, define-se ndice de bloqueio como IB(), dado por:

    Aqui, definido como o ndice de Bloqueio calculado no local e instantneo

    para cada ponto de longitude que satisfaz pelo menos um sobre uma determinada longitude.

    Em outras palavras, sempre que a condio da Eq. 6 for satisfeita para um determinado ponto

    de longitude, considera-se que ocorreu um dia com escoamento bloqueado para aquela

    longitude. A Figura 2.1 mostra um esquema com bloqueios variando latitudinalmente,

    conforme as alteraes sugeridas por este trabalho.

    Figura 2.1 Esquema representativo das bandas zonais do ndice de Bloqueio mostrando estruturas

    simples de bloqueios sobre diferentes latitudes. Na Figura, os nmeros (1), (2) e (3) representam

    bloqueios sobre latitudes mdias-baixas, mdias e mdias-altas, respectivamente e posicionados tal

    como so calculados. As linhas pretas grossas representam a variao latitudinal (). As linhas tracejadas indicam a perturbao no escoamento de oeste no entorno da estrutura de bloqueio. No

    centro do sistema existem anomalias de leste.

    O termo da Eq.6 tambm no leva em considerao a durao e a extenso

    longitudinal dos eventos de bloqueio. O termo durao () definido aqui como a persistncia

  • 25

    (em dias) do para um evento paticular de bloqueio. Neste estudo, foi considerado um

    evento de bloqueio quando detectado por pelo menos 15 graus de longitude, incluso

    a longitude , e tem durao de pelo menos =3 dias, como sugerido por Elliot ad Smith

    (1949) embora que outros autores tenham usado quatro (Pelly e Hoskins, 2003; Berrisford et

    al., 2006), cinco (Treidl et al., 1981; Tibaldi e Molteni 1990; T94; DAndrea et al., 1998) e

    dez dias (Rex, 1950a). O critrio adotado de trs dias pode ser mais apropriado para o HS

    devido a natureza mais transiente da circulao neste hemisfrio, comparativamente ao HN.

    Essa discusso ser retomada no captulo 3. Uma anlise de escala foi realizada para a

    extenso longitudinal mnima de bloqueios ( requerida pelo presente mtodo. Assim, o

    raio de deformao de Rossby fornece um valor limiar da escala longitudinal para eventos de

    bloqueio ( ). Observa-se que corresponde aproximadamente a 1200 e 1100 km sobre

    e , respectivamente, sendo .

    2.2 SETORES DE OCORRNCIA DE BLOQUEIOS

    Estudos anteriores mostram que eventos de bloqueios so mais frequentes em

    especficas regies do HS (Van Loon 1956; Lejeas 1984; T94; Sinclair 1996; Marques

    1996). Estes bloqueios podem no ser completamente estacionrios e podem experimentar

    algum deslocamento zonal e meridional. Para investigar a variabilidade espacial dos

    bloqueios no HS, foram considerados cinco setores de ocorrncia: Oceano ndico Sudeste

    (SB1), Oceano Pacfico Sudoeste (SB2), Oceano Pacfico Central (SB3), Oceano Pacfico

    Sudeste (SB4) e Oceano Atlntico Sudoeste (SB5). Ademais, o Pacfico Sul foi subdividido

    nas seguintes regies: Pacfico Oeste (SB2 + metade oeste de SB3) e Pacfico Leste (metade

  • 26

    leste de SB3+SB4). A Figura 2.2 detalha as extenses longitudinais em termos dos setores e

    regies.

    Figura 2.2 Representao esquemtica dos Setores de bloqueio do ndico Sudeste (SB1[90E-

    127.5E]), Pacfico Sudoeste (SB2[130E-180E]), Pacfico Central (SB3[177.5W-120W]), Pacfico

    Sudeste (SB4[117.5W-80W]) e Atlntico Sudoeste (SB5[77.5W-40W]) e das Regies do

    Pacfico Oeste [90E-150W] e Pacfico Leste [150W-80W].

    2.3 VARIABILIDADE INTERANUAL DE BLOQUEIOS E ENOS

    O ENOS consiste das fases Neutra, Quente (ENOS+) e Fria (ENOS-). Para identificar

    estes trs padres no Pacfico Tropical ns usamos dois mtodos diferentes e comparamos os

    resultados. O mtodo aplicado para os estudos observacionais com reanalises foi o ndice

    Ocenico do Nio (ONI), o qual utilizado pelo National Oceanic and Atmospheric

    Administration (NOAA). O mtodo aplicado na identificao das fases do ENOS nas sadas

    dos MCGAOs foi baseado na anlise de Funes Empricas Ortogonais (EOF) rotacionada,

    como ser abordadado no Captulo 4. O procedimento de clculo da EOF rotacionada foi

    realizado tal como em Wilks (2006).

  • 27

    O ndice ONI baseia-se na anlise da mdia mvel de 3 trimestres das anomalias das

    temperaturas de superfcie do mar (TSM) sobre a regio do Nio 3.4 (5oN-5

    oS, 120

    o-170

    oW).

    Neste trabalho, fases opostas do ENOS foram classificadas quando o valor limiar de 0.5oC

    ocorreu em cinco trimestres consecutivos, iniciando a anlise durante o primeiro trimestre do

    inverno e extendendo at ultimo trimestre do vero. O argumento parte do principio de que

    um tpico ENOS geralmente tem inicio entre os trimestres de outono/inverno e atinge a

    maturidade nos trimestres de primavera/vero. Os episdios de ENOS foram ento divididos

    de acordo com a intensidade em fracos (|0,5| - |0,9|C), moderados (|1,0| - |1,8|C) e fortes

    (|1,9|C).

    A Tabela 2.2 apresenta a classificao do perodo de 1949 a 2007 (59 anos), de acordo

    com o respectivo critrio. Foram classificados 13 episdios Neutros (19 anos), 16 episdios

    com ENOS+, divididos em 5 fracos (6 anos), 8 moderados (10 anos) e 3 fortes (3 anos); e 16

    episdios de ENOS-, divididos em 6 fracos (6 anos), 7 moderados (11 anos) e 3 fortes (4

    anos). O principal objetivo foi encontrar relaes entre a intensidade do ENSO e diferentes

    regimes de atividade de bloqueios.

    Tabela 2.2 Classificao das fases do ENOS de acordo como ndice ocenico (ONI). Os anos

    separados por - indicam episdios de longa durao, e os anos separados por / indicam episdios

    de curta durao.

    Fracos Moderados Fortes Fracos Moderados Fortes

    1951/52 1957-59 1972/73 1961/62 1949-51 1954-56 1952-54 1993/94

    1969/70 1963/64 1982/83 1967/68 1964/65 1973/74 1956/57 1996/97

    1976-78 1965/66 1997/98 1983/84 1970-72 1988/89 1959-61 2001/02

    1992/93 1968/69 1995/96 1974-76 1962/63 2003/04

    2004/05 1986-88 2000/01 1984/85 1966/67 2006/07

    1991/92 2005/06 1998-00 1978-82

    1994/95 2007--- 1985/86

    2002/03 1989-91

    fase Neutra

    fase Quente fase Fria

  • 28

    CAPTULO 3

    CLIMATOLOGIA DE BLOQUEIOS NO HEMISFRIO SUL

    Um dos principais objetivos deste captulo a determinao da escala de tempo tpica

    dos eventos de bloqueio no HS. Como discutido no Captulo 2, o perodo mnimo de durao

    de um caso de bloqueio adotado na literatura especializada 3 a 10 dias. Contudo, 5 dias tem

    sido considerado ideal na maioria dos estudos. No presente trabalho adotamos a aproximao

    discutida em Pelly e Hoskins (2006) para determinar a escala de tempo tpica de eventos de

    bloqueio no HS. Esta consiste em um ajuste linear entre o nmero de eventos em escala

    logartmica e durao dos mesmos. O intervalo tpico estimado pelo decaimento linear

    (gradiente) deste ajuste.

    A Figura 3.1a mostra o nmero total de eventos detectados por ponto de longitude e

    distribudos dentro de cada banda zonal, conforme o mtodo discutido anteriormente, sem

    considerar sazonalidade. Pode ser observado que, a durao dos eventos decresce de forma

    exponencial, enquanto que o decaimento mais suavizado nas latitudes mdias-altas,

    indicando que os eventos tendem a ser mais persistentes sobre latitudes mais altas. Na Figura

    3.1b, os mesmos dados so dispostos em escala logartmica de base e. Assim, ressalta-se

    agora um decaimento linear e no mais exponencial. A estes dados ajustou-se uma regresso

    linear entre os pontos com similar decaimento, caso observado entre 3 a 10 dias nas latitudes

    mdias e mdias-altas e de 3 a 7 dias nas latitudes mdias-baixas. A escala de tempo tpico de

    bloqueios assumida como o inverso do valor negativo do gradiente. A escala tpica de

    bloqueios representa a evoluo temporal dos eventos de bloqueio desde a primeira deteco

  • 29

    at o ultimo dia. Desta forma, a escala tpica no deve ser confundida com a durao mdia

    dos eventos, o qual considera uma distribuio a partir de um valor mnimo de dias (um

    critrio pr-definido, por exempo, trs ou cinco dias). Assim, o uso da escala tpica no se

    restringe as distribuies de longa durao.

    Assim, encontrou-se o valor tpico de = 2.4 dias sobre latitudes mdias e mdias-

    altas e de apenas 1,5 dias sobre latitudes mdias-baixas. A escala tpica de bloqueios est

    associada aos processos atmosfricos lentos, tais como, o decaimento adiabtico (Pelly e

    Hoskins, 2003) e a constante absoro e re-emisso de ondas de Rossby quase-estacionrias e

    de grande amplitude (Nakamura, 1994). Devido natureza muito mais intensa da circulao

    da troposfra no HS (Trenberth, 1996), estes processos atmosfricos so naturalmente menos

    lentos do que aqueles observados no HN. Desta forma, considerando as diferenas entre os

    dois hemisfrios, um evento igual ou superior a 2.5 dias representa um valor razovel para o

    HS.

    Neste trabalho consideramos o limiar de 3 dias como escala tpica de um evento de

    bloqueio, para todas as estaes do ano. Estes resultados so consistentes com aqueles de 2,0

    a 2,5 dias sobre latitudes altas obtidos por Berrisford et al., (2006) para o inverno (JJA) do

    HS. Por outro lado, Pelly e Hoskins (2003) identificaram que o valor de 3.9 dias corresponde

    a escala tpica de um evento de bloqueio no HN, representando quase o dobro da escala tpica

    encontrada para o HS. Considerando a natureza da circulao intensa na troposfera do HS, o

    valor de 3 dias mostra-se razovel. Ademais, os resultados sugerem que os eventos de

    bloqueio sobre latitudes mais altas so em mdia 1 dia mais persistentes do que aqueles

    formados sobre latitudes mais baixas.

  • 30

    Figura 3.1 Distribuio do nmero total de deteces de eventos com escoamento bloqueado por

    ponto de longitude. a) Nmero total de deteces de eventos. b) Nmero total de deteces de eventos

    em escala logartmica de base e. As legendas no topo ( direita) indicam as bandas zonais.

    A Tabela 3.1 mostra a distribuio sazonal do nmero total de dias com escoamento

    bloqueado, nmero total de eventos com 3 dias durante os 59 anos de estudo.

    Aproximadamente em 11% dos dias bloqueados foram detectados bloqueios duplos (dois

    eventos ocorrendo simultneamente sobre diferentes setores). Enfatiza-se a maior e menor

    freqncia durante o inverno e vero com nmeros mdios de eventos de 10.9 e 6.4

    eventos/ano, respectivamente. O valor mdio anual foi de 8.6 eventos/ano, representando uma

    mdia inferior ao encontrado por Wiedenman et al., (2002) (9.7 eventos/ano) e superior ao

    encontrado por Damio (2007) (~7 eventos/ano) e Marques e Rao (2001) (~6 eventos/ano).

    Ressalta-se que todos estes trabalhos consideraram eventos com durao mnima de cinco

    dias.

  • 31

    Tabela 3.1 Distribuio sazonal do nmero total de dias com escoamento bloqueado,

    nmero de eventos com 3dias e mdia de eventos/ano obtidos para os 59 anos da

    reanlise-I do NCEP/NCAR.

    3.1 COMPARAO COM OUTROS MTODOS

    Para exemplificar a aplicao do presente mtodo e verificar a importncia de cada

    banda zonal indicada na Tabela 2.1, investigamos os invernos de 1986-1987. Este perodo foi

    escolhido devido ao bem documentado evento de bloqueio discutido em Marques e Rao

    (1999) o qual persistiu por 21 dias (referido aqui como evento e1). A Figura 3.2 mostra

    diagramas de Hovmller para ilustrar o total de dias com escoamento bloqueado sobre trs

    distintas bandas zonais: (a) Esquema T94, usualmente adotado pelo NWS/CPC/NOAA com

    resoluo horizontal de 5,0 x 5,0 da reanlise do NCEP/NCAR e trs deltas; (b) Esquema

    adotado para a banda de latitudes mdias com resoluo horizontal de 2,5 x 2,5 e trs deltas;

    c) Esquema adotado para a banda de latitudes mdias-baixa